Производственная безопасность: основы производственной безопасности

№ 2907

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»



Кафедра безопасности и экологии горного производства









            Производственная безопасность


Основы производственной безопасности


Практикум





Допущено Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по образованию в области горного дела в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по направлению (специальности) «Горное дело», специализации «Технологическая безопасность и горноспасательное дело»



МИСиС

Москва 2017

УДК 622.8:658:614.8
      П80



Рецензенты:
д-р геол.-минерал. наук, проф. С.Д. Ганова (РГГРУ им. Серго Орджоникидзе); д-р техн. наук, проф.А.Э. Филин




Авторы: Н.О. Каледина, В.А. Малашкина, О.В. Скопинцева, М.В. Павленко, С.В. Баловцев, Т.В. Завиркина




        Производственная безопасность : основы производственной П80 безопасности : практикум / Н.О. Каледина [и др.]. - М. : Изд.

      Дом МИСиС, 2017.-76 с.
        ISBN 978-5-906846-27-3




          Практикум по дисциплине «Производственная безопасность» включает теоретические сведения, необходимые для выполнения практических занятий и самостоятельной работы студентов, примеры решения задач, варианты расчетов и заданий, а также перечень контрольных вопросов для самоподготовки. Для решения задач приведен список основной и дополнительной литературы.
          Предназначен для практических занятий с преподавателем и самостоятельной работы студентов, обучающихся по специальности 21.05.04 «Горное дело», специализации «Технологическая безопасность и горноспасательное дело».


УДК622.8:658:614.8

ISBN 978-5-906846-27-3

© Коллектив авторов,2017
© НИТУ«МИСиС»,2017

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие..............................................4
Практическая работа 1. Определение относительной эффективности пылеподавления орошением...................5
Практическая работа 2. Расчет тепловыделений и борьба с избыточным теплом в шахтах...................14
Практическая работа 3. Расчет защитного заземления......29
Практическая работа 4. Расчет пропускной способности водонагревательных приборов.............................40
Практическая работа 5. Расчет противопожарных мероприятий.............................................48
Практическая работа 6. Определение категорий помещений по пожарной опасности.........................57
Заключение..............................................73
Библиографический список................................74

3

ПРЕДИСЛОВИЕ
   Профилирующая дисциплина «Производственная безопасность» обеспечивает подготовку студентов по специальности 21.05.04 «Горное дело», специализации «Технологическая безопасность и горноспасательное дело» к исполнению обязанностей, связанных с обеспечением травмобезопасности. Ее освоение формирует знания, умения и навыки по разработке инженерных и организационных решений, направленных на снижение производственного травматизма.
   Дисциплина базируется на фундаментальных основах теории безопасности, электротехники, механики, теплофизики, теории горения и взрыва.
   Дисциплина вносит вклад в формирование таких компетенций выпускника:
   -    как владение культурой безопасности и риск-ориентированным мышлением, при котором вопросы безопасности рассматриваются в качестве важнейших приоритетов в жизни и деятельности;
   -    способность использовать законы и методы математики, естественных, гуманитарных и экономических наук при решении профессиональных задач;
   -    способность составлять прогнозы возможного развития ситуации и принимать решения по минимизации рисков.
   В результате изучения дисциплины студент должен иметь представление об основных научно-технических проблемах технологической безопасности производственных процессов и оборудования; об источниках опасных и вредных факторов современного производства и их интенсивности; о перспективных направлениях совершенствования и развития безопасных технологических процессов в свете научнотехнического прогресса; знать опасности среды обитания, теорию защиты; владеть способностью управлять процессами снижения профессиональных и техногенных рисков.
   Понятие «Производственная безопасность» определяется как комплекс мероприятий по обеспечению безопасности в случае возникновения опасных факторов и включает в себя электробезопасность, безопасную эксплуатацию оборудования, безопасное протекание технологических процессов, безопасность перемещения грузов и безопасность перемещения персонала по территории предприятия. Данный практикум нацелен на проработку студентами отдельных вопросов по обеспечению производственной безопасности, таких как электробезопасность, безопасность эксплуатации водогрейных котлов, взрывная и пожарная безопасность, борьба с избыточным теплом в шахтах и запыленностью воздуха при сварочных работах.

4

Практическая работа 1


ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЫЛЕПОДАВЛЕНИЯ ОРОШЕНИЕМ
   Цель работы - формирование у студентов навыков оценки эффективности работы средств пылеподавления в конкретных условиях.

1.1. Общие сведения
   Пыль образуется вследствие процессов дробления, истирания исходных материалов и полуфабрикатов, испарения жидких металла и шлака и их последующей конденсации в виде твердых частиц, неполного сгорания твердого топлива, протекания некоторых химических реакций, применения порошкообразных материалов и т.п. Таким образом, под пылью понимается совокупность тонкодисперсных твердых частиц органического или минерального происхождения. Взвешенные в воздухе твердые частицы (размером < 74 мкм) представляют собой дисперсную систему, в которой дисперсной фазой являются твердые частицы, а дисперсионной средой - воздух. Дисперсную систему взвешенных твердых частиц в воздухе называют аэрозолем.
   Концентрация взвешенной в воздухе пыли характеризует его запыленность и выражается количеством пыли в единице объема воздуха (мг/м³).
   При оценке основных свойств пыли рассматриваются ее пожароопасность, взрывчатость и силикозоопасность.
   Пыль может образовывать с воздухом горючие и взрывчатые смеси. Вдыхание пыли может привести к специфическим заболеваниям (пневмокониозам), способствовать возникновению и распространению таких заболеваний, как ларингит, трахеит, бронхит, пневмония, туберкулез легких, заболевания кожи и др. В комплекс противопыле-вых мероприятий входят орошение, пылеотсос, предварительное увлажнение и др. Запыленность воздуха после выполнения противо-пылевых мероприятий называют остаточной запыленностью.
   В табл. 1.1 представлена информация о средствах и способах борьбы с пылью, а также их эффективность.


5

Таблица 1.1

Эффективность некоторых способов и средств борьбы с пылью

Средства и способы борьбы с пылью  Эффективность, доли ед.
Орошение:                                                 
типовая оросительная система               0,7-0,8        
то же с укрытием                          0,85-0,98       
струи воды высокого давления              0,85-0,95       
водовоздушные эжекторы (ВВЭ)              0,9-0,95        
подача воды в зону пылеобразования        0,83-0,92       
пневмогидроорошение (ПГО)                 0,9-0,98        
Вентиляция                                   0,6          

   В данной практической работе необходимо рассчитать эффективность пылеподавления орошением при ведении сварочных работ.
   В состав сварочных пылей (аэрозолей) входят оксиды марганца, кремния, железа, хрома, фтористых соединений, оксиды азота, углерода, фтористые водороды и др., выделяющиеся при дуговых, плазменных и других высокотемпературных газопламенных способах сварки, наплавки, резки и напыления металлов. Степень вредности сварочных аэрозолей и газов определяется их биологической активностью и количеством токсичных компонентов, образующихся при сжигании единицы массы сварочного материала (г/кг), что имеет решающее значение при выборе эффективных мер защиты.
   Для защиты от вредного воздействия сварочной пыли на рабочем месте широко применяются форсунки и эжекторы. Форсунка - это устройство для распыления жидкостей. Подача жидкости осуществляется под давлением или с помощью сжатого воздуха. Эжектор -аппарат, приводящий в движение атмосферный воздух за счет кинетической энергии сжатого воздуха (жидкости или пара), подводимого от компрессора.
   Вентиляция также является необходимым средством для снижения опасных концентраций пыли до предельно допустимых.
   Предельно допустимая концентрация (ПДК) - максимальное количество вредного вещества в единице объема или массы воздуха, которое при ежедневном воздействии в течение 8 ч (но не более 40 ч в неделю) всего рабочего стажа не может вызвать заболевание или отклонение в состоянии здоровья настоящего и последующих поколений. В табл. 1.2 приведены ПДК некоторых аэрозолей.

6

Таблица 1.2

Предельно допустимые концентрации веществ в воздухе рабочей зоны

                        Вид пыли                           ПДК, мг/м3   
Марганец в сварочных аэрозолях при его содержании, %:                   
до 20                                                          0,2      
от 20 до 30                                                   „ Ч -     
Кремния диоксид аморфный в виде аэрозоля конденсации      2 (для общей  
при содержании от10 до 60 %                              массы аэрозоля)
Хрома оксид                                                     1       
Марганца оксиды                                                0,3      
Каменный уголь с массовой долей свободного диоксида            10       
кремния до 5 %                                                          
Углепородная и угольная пыль с массовой долей свободного        4       
диоксида кремния от5 до 10 %                                            

1.2. Постановка задачи
    Требуется определить начальную и остаточную запыленность воздуха в производственном помещении, где ведутся сварочные работы, а также абсолютные и относительные эффективности пылепо-давления орошением с использованием свободно установленных оросителей и эжекторов с одинаковыми расходами воды в обеих системах.
    Имеется помещение площадью 5=80 м², высотой Н = 6м, в котором обустроены 2 поста (рис. 1.1) для производства сварочных работ. Для удаления газов от сварочных работ используют вытяжной вентилятор В, производительность Qсв, м³/мин, которого рассчитывается по формуле
N
о. = а'~,                       (1.1)
60

где а - число сварочных постов;
     b - масса электродов, расходуемых за1ч сварки на каждом посту, кг;
     N - норма расхода воздуха на 1 кг сжигаемых электродов, м³/кг,
     принимаетсяпотабл. 1.3.
    Интенсивность пылевыделения при сварочных работах Iп св, мг/с, рассчитывается по формуле

п.св

= abG

100
3600

(1.2)

7

где G - количество пыли, образующейся при сжигании 1 кг электродов, принимается по табл. 1.3.

Рис. 1.1. Схема размещения оборудования в сварочном цехе: 1, 2 - сварочные посты; Э - эжектор; Ф - форсунки;
Qотв, Qпр - расходы отводимого и приточного воздуха соответственно, м³/мес.; В - вытяжной вентилятор

   Расчет по формуле (1.2) необходимо проверить на соответствие требованиям воздухообмена в производственных помещениях. Так, в соответствии со СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» минимальный воздухообмен должна быть трехкратным, т.е. кратность воздухообмена К>3 ч⁻¹. Расход воздуха Qк, м³/мин, определяется по формуле

3V
'> = к vₙ₀M = —--60
где Vпом - объем производственного помещения, м³.

(1.3)

8

Таблица 1.3

Краткая характеристика электродов различных марок для дуговой сварки

                 Количество    Норма рас-  Выделение газов при дуговой    
                 пыли, обра-  хода воздуха  сварке сталей электродами     
Марка электрода зующейся при   на1кг сжи-        различных марок          
                сжигании 1 кг    гаемых                                  
                 электродов    электродов  МпОх   HF      СО      N2O5   
                   G, г/кг      N, м3/кг                                 
    АНО-17          11,3          4100      +      -       -        -    
    АНО-4С           9,4          6200     +       -       -        -    
    АНО-20          15,3          4400     +       -       +        +    
     АНО-Т           И,2          2800     +       +       +        +    
    КПЗ-32Р         10,0          5500      +      -       -        -    
     МР-1           10,4          2000      +      -       -        -    
     МР-3           12,0          2200      +      -       -        -    
     ОЗС-А           6,5          6000      +      -       -        -    
    ОЗС-12           7,5          6200      +      -       -        -    
     РБУ-4           5,0          4200      +      -       -        -    
     СМ-5           12,0          3800      +      -       -        -    
  УОНИ-13/45        13,0          4100     +       +       +        +    
  УОНИ-13/85        14,0          4400     +       +       +        +    
     ЦЛ-21          16,0          3700      +      +       -        -    
     ЦУ-5           14,0          3900     +       +       -        -    

    Кроме того, расход приточного воздуха Qл, м³/мин, на 1 чел должен быть не менее 60 м³/ч, т.е.


        6 _⁶⁰

Qл 60 л’

(1.4)

где nл - число работников в помещении, чел.
    В итоге из трех значений Qсв, Qк, Qл выбирают большее и принимают его как производительность вентилятора Qв, м³/с.
    Начальная запыленность воздуха Снач, мг/м³, в помещении без работы средств пылеподавления определяется из соотношения

С
  нач

¹п.св

Qв

(1.5)

где Iп.св - интенсивность пылевыделения при проведении сварочных работ, мг/с, рассчитанная по формуле (1.2).
    Остаточная запыленность воздуха при применении форсунок Сост.ф, мг/м³, и эжекторов Сост.э, мг/м³, рассчитывается по формулам

9

C

C

ост.ф

I п.св

AIп.ф

Qb
r   -AI
п.св п.э

(1-6)



ост.э

Qb

где AIп.ф, AIп.э - уровень снижения интенсивности пылевыделения за счет применения свободно установленных оросителей (форсунок) и эжекторов соответственно, мг/с.
   AIп.ф и AIп.э определяются по формулам

AI п.ф = Q^, Еф Снач,'
AIп.э = Qэ Еэ Снач. /

(1.7)

   Расходы очищаемого форсунками Qф и эжектором Qэ воздуха: Qф= 137 мЕ * ³/мин; Qэ = 134 м³/мин.
   Ориентировочные значения эффективности способов и средств борьбы с пылью представлены в табл. 1.1. Эффективность пылеулавливания форсунками внешнего орошения (типовая оросительная система) и эжекторов согласно табл. 1.1 принимают соответственно Еф = 0,75 и Еэ = 0,92.
   Абсолютная эффективность применения форсунок и эжекторов в данном помещении определяется по формулам




Еф.„ = “ч C °"⁴-100%, C нач

(1.8)



Е ----------------------.100%.

                                     э.п

C нач

   Относительная эффективность применения форсунок в сравнении с эжекторами (при Сост.ф> Сост.э) или эжекторов в сравнении с форсунками (при Сост.э > Сост.ф) определяется из соотношения

Е
  отн

ост.ф      '■''ост.э

•100%,

(1.9)

(С )
V ост.э ’

ост.ф

где в знаменателе стоит большее из двух значений Сост.ф и Сост.э

10

1.3. Пример расчета задания
   Исходные данные:
   -  размеры помещения - 16x10x5 м³;
   -  количество сварочных постов а -2;
   -    масса электродов, расходуемых за 1 ч сварки на каждом посту b, - 1,4 кг/ч;
   -  марка электродов - СМ-5: У= 3800 м³/кг; G = 12,0 г/кг;
   -  число работников в цехе nл -5 чел.;
   -    эффективности работы форсунок Еф и эжекторов Еэ: Еф=0,75; Е■=°'⁹²;
   -    расходы очищаемого форсунками Qф и эжектором Qэ воздуха: Qф= 137 м³/мин; Qэ= 134 м³/мин;
   -  характер пыли - марганцевая, Спдк= 0,2 мг/м³.


Решение

   1.     Определяем количество воздуха, подаваемого в помещение для разжижения газов от сварочных работ, по формуле (1.1):
   Q = ab— = 2-1,4- 3800 = 177,3 м³/мин.
    св 60        ,   60       ,
   2.    Интенсивность пылевыделения от сварочных работ рассчитываем по формуле (1.2):
   I   = abG-¹⁰⁰- = 2-1,4-12• -¹⁰⁰- = 0,93 мг/с.
    п'св     3600             3600
   3.  Проверка Qк и Qл по формулам (1.3) и (1.4):
                        5
   Q = К И „ = 3 -16 -10--= 40 м³/мин;
   •£>к   пом                         *
                        60
          п      5
   Qₙ = 60— = 60-----= 5 м³/мин.
          60     60
   Принимаем Qв= Qсв= 177,3 м³/мин.
   4.    Начальная запыленность определяется по формуле (1.5) и сравнивается с ПДК:
   Сч = Is^ = ⁰,⁹³ ⁻ ⁶⁰ = 0,31 мг/м³ > 0,2 мг/м³.
          Qв     177,3    ’           ’
   5.    Уровень снижения интенсивности пылевыделения определяется по формулам (1.7):
          _______    137  _
   AIп.ф = QфЕфСнач = — -0,75 -0,31 = 0,53 мг/с;
                      60

11